Симулированная вселенная просматривает панорамы с римского телескопа НАСА

Каждая крошечная точка на изображении слева - это галактика, смоделированная в рамках кампании OpenUniverse. Изображение размером в один квадратный градус представляет собой небольшое окно в полную область моделирования, которая составляет около 70 квадратных градусов (что эквивалентно области неба, покрытой более чем 300 полными лунами), в то время как на вставке справа крупным планом показана область в 75 раз меньшего размера (1/600 от общей площади луны). размер всей площади). Эта симуляция демонстрирует космос таким, каким его мог видеть космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман». Роман расскажет о крупнейшем космическом исследовании галактик, подобном этому, - космическом обзоре космического телескопа «Хаббл», который за 42 дня сфотографировал два квадратных градуса неба. Всего за 250 дней Роман сможет увидеть в тысячу раз больше неба с тем же разрешением. Автор: NASA

Астрономы опубликовали набор из более чем миллиона смоделированных изображений, демонстрирующих космос таким, каким его увидит предстоящий космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман». Этот предварительный просмотр поможет ученым изучить множество научных целей Roman.

"Мы использовали суперкомпьютер для создания искусственной вселенной и смоделировали миллиарды лет эволюции, проследив путь каждого фотона от каждого космического объекта до детекторов Roman", - сказал Майкл Троксел, доцент физики в Университете Дьюка в Дареме, Северная Каролина, который руководил кампанией по моделированию. "Это самое масштабное, глубокое и реалистичное синтетическое исследование макета Вселенной, доступного на сегодняшний день".

Проект, получивший название OpenUniverse, основывался на ныне вышедшем из эксплуатации суперкомпьютере Theta Министерства энергетики США Аргоннская национальная лаборатория в Иллинойсе. Всего за девять дней суперкомпьютер выполнил процесс, который на обычном компьютере занял бы более 6000 лет.

В дополнение к Roman, в 400-терабайтном наборе данных также будут представлены результаты наблюдений обсерватории Веры К. Рубин и приблизительного моделирования, выполненного миссией Европейского космического агентства (ESA) «Евклид», в которую также внесен вклад НАСА. Данные по Роману уже доступны здесь, а вскоре появятся данные по Рубину и Евклиду.

Команда использовала самое сложное из доступных методов моделирования физики Вселенной и использовала информацию из существующих каталогов галактик, а также характеристики приборов телескопов. Полученные в результате моделирования изображения охватывают площадь в 70 квадратных градусов, что эквивалентно площади неба, покрытого более чем 300 полными лунами. Они охватывают не только обширную область, но и большой промежуток времени — более 12 миллиардов лет.

Огромный пространственно-временной охват проекта показывает ученым, как телескопы помогут им исследовать некоторые из величайших космических загадок. Они смогут изучить, как темная энергия (таинственная сила, которая, как считается, ускоряет расширение Вселенной) и темная материя (невидимая материя, видимая только благодаря ее гравитационному воздействию на обычную материю) формируют космос и влияют на его судьбу.

Ученые приблизятся к пониманию темной материи, изучая ее гравитационное воздействие на видимую материю. Изучая 100 миллионов искусственных галактик, они увидят, как галактики и скопления галактик эволюционировали на протяжении тысячелетий.

Неоднократные имитационные наблюдения за определенным участком Вселенной позволили команде создать видеоролики, в которых показаны взрывающиеся звезды, разлетающиеся по искусственному космосу подобно фейерверкам. Эти звездные вспышки позволяют ученым составить карту расширения смоделированной Вселенной.

В настоящее время ученые используют данные OpenUniverse в качестве испытательного стенда для создания системы оповещения астрономов, когда Роман видит подобные явления. Система будет отмечать эти события и отслеживать излучаемый ими свет, чтобы астрономы могли их изучать.

Это очень важно, потому что Roman отправит слишком много данных, чтобы ученые могли разобраться в них самостоятельно. Команды разрабатывают алгоритмы машинного обучения, чтобы определить, как наилучшим образом отфильтровать все данные, чтобы найти и дифференцировать космические явления, такие как различные типы взрывающихся звезд.

"Большая трудность заключается в том, чтобы выяснить, было ли то, что вы видели, особым типом сверхновой, которую мы можем использовать для составления карты расширения Вселенной, или чем-то почти идентичным, но бесполезным для этой цели", - сказала Алина Кисслинг, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии и главный исследователь OpenUniverse.

В то время как Euclid уже активно сканирует космос, Rubin начнет свою работу в конце этого года, а Roman запустится в мае 2027 года. Ученые могут использовать синтетические изображения для планирования предстоящих наблюдений с помощью телескопов и подготовки к обработке полученных данных. Это время подготовки имеет решающее значение из-за большого объема данных, которые будут получены с помощью этих телескопов.

Что касается объема данных, "Роман собирается превзойти все, что было сделано из космоса в инфракрасном и оптическом диапазонах волн ранее", - сказал Троксел. "Для одного из исследований Roman потребуется меньше года, чтобы провести наблюдения, на которые космическим телескопам «Хаббл» или «Джеймс Уэбб» потребовалось бы около тысячи лет. Само количество объектов, которые Roman сможет четко отобразить, будет преобразующим".

"Мы можем ожидать, что наблюдения Романа приведут к невероятному количеству захватывающих научных открытий, которые могут быть удостоены Нобелевской премии", - сказал Кисслинг. "В ходе миссии будут представлены такие вещи, как раскрытие того, как Вселенная расширялась с течением времени, создание 3D—карт галактик и скоплений галактик, новые подробности о звездообразовании и эволюции - все то, что мы смоделировали. Итак, теперь мы попрактикуемся на синтетических данных, чтобы сразу перейти к научным исследованиям, когда начнутся реальные наблюдения".

Астрономы продолжат использовать моделирование после запуска Roman для космической игры «Найди отличия». Сравнение реальных наблюдений с синтетическими поможет ученым понять, насколько точно их моделирование предсказывает реальность. Любые расхождения могут указывать на то, что физика Вселенной работает иначе, чем ожидалось.

"Если мы увидим что-то, что не совсем согласуется со стандартной моделью космологии, будет чрезвычайно важно подтвердить, что мы действительно наблюдаем новую физику, а не просто неправильно понимаем что-то в данных", - сказала Катрин Хайтманн, космолог и заместитель директора отдела физики высоких энергий Аргоннского университета, которая руководила исследованием. суперкомпьютерное время проекта. "Моделирование очень полезно для того, чтобы понять это".

Источник: NASA